VPSAO-1000-2B 高原制氧设备流程特点及配置 ◎文/万志国 孙永运 刘磊
(昆山锦沪机械有限公司，昆山市陆家镇陆丰东路8号,215331)
摘 要: 详细介绍了VPSA 高原制氧装置的流程特点、技术参数、设备选型、VPSA 制氧装置发展
方向。
关键词：VPSA；高原制氧装置；流程；鼓风机；真空泵；配置；分子筛Abstract: Introduce the plateau VPSA process features
、technical parameter 、model selection
and development prospect.
Key Word: VPSA; plateau oxygen generator; process; blower; vacuum pump; configuration; molecular sieve
万志国，男，1982年生，工程师，现为昆山锦沪机械有限公司项目经理。
作者简介
1、项目来源
建设高海拔地区富氧环境，是适应和应对高海拔地区恶劣自然环境对人体乃至工作、生活带来不利影响的有效途径之一。昆山锦沪机械有限
公司和德国拜耳医药合作，借助国外先进成熟的制氧技术，投入巨大财力和人力，研究开发并突破了在高海拔地区建设富氧环境的世界难题，并多次应用于印度高原和青藏高原建筑中。四川某著名旅游集团在西藏拉萨兴建亚洲超五星酒店并通过多方了解，最终同我司购买一套VPSA-1000-2B 高原制氧机，采用弥散式布氧方式提供房间氧纯度。这一技术的基本原理和思路是：通过建设中心供氧机房向局部空间增氧，提高局部空间环境的气氧浓度，从而营造模拟状态下的低海拔地区自然环境，实现和
达到人在高原、享受在平原甚至海平面的氧气环境。我们坚信，通过这一
科技手段的改进和运用，人类改造自然、战胜自然的梦想，一定会成为当前乃至未来提高高原人民生命质量的主要发展方向。
2、技术性能
2.1 性能参数
氧气产量：1000Nm3/h(90%)
氧气纯度：90±2%
氧压机排气压力：0.058MPa
起动时间：30min
年开工率：99%
2.2 公用工程
制氧设备循环冷却水用量：20m3/h
制氧设备软化水用量：20m3/h
氧气增压机循环冷却水用量：30 m3/h
制氧设备装机功率：815KW
氧气压缩机装机功率：197KW
辅助设备及公用工程装机功率：
50KW
制氧站占地面积：20×15m2
3、工艺流程
a处过滤的空气在鼓风机的输送
下，进入装有分子筛及活性氧化铝的吸
附塔A或B。当空气流经塔内分子筛固
作用力下扩散到分子筛固体中去，氧气分子和氩气原子则通过床层到缓冲
罐中，并由氧压机加压到客户的使用
压力后， 输送到储气罐通过C处输出
供用户使用。
经过一段时间的吸附，分子筛颗
rbd-573粒中充满氮气分子，达到吸附饱和阶
段，此时关闭空气进口阀，利用塔内
的富氧空气对刚抽真空的另一塔进行
冲洗，等压力降到某一值时关闭均压
阀，同时打开真空泵进口阀对塔体抽
真空，氮气由b处排出。
到一定真空度后再利用另一塔
内的富氧气及缓冲罐中部份产品气对
分子筛冲洗，从而使吸附剂彻底解
吸。吸附剂解吸过程完成后，用产品
气对塔进行充压，充压至某一低真空
度值后关闭缓冲阀，打开鼓风机出口
阀对吸附塔进行充压，为下一次吸附
做准备。
近年来，简化工艺流程是VPSA制
氧工艺发展的趋势之一。由过去的三
床、四床向单床或两床发展。
三床制氧工艺鼓风机连续工作，
压力波动小，同时氧气产品压力高，
波动小。同两床制氧工艺比较，主要
存在以下不足：
1）与两床制氧工艺吸附、解吸
时间相同的条件下，三床循环周期时
间比两床长1/3，吸附剂用量增加。
2）吸附塔和切换阀的数量增加。
3）鼓风机平均排气压力和温度
高于两床，排气温度高，直接影响床
层吸附温度，吸附剂的吸附能力下
降。排气压力高，鼓风机能耗增加。
同时，国外知名VPSA制氧企业基本上
都采用两床工艺。
4、工艺设备配置
4.1 鼓风机、真空泵、混风机、
增压机
鼓风机选用了一台罗茨鼓风机，
山东章丘鼓风机有限公司生产，理论
流量383.7m3/min，电机功率500KW。
真空泵选用了一台湿式罗茨真空泵，
每台理论流量383.7m3/min，电机功
率315KW。混风机选用一台罗茨鼓风
机，理论流量131.3m3/min，电机功率
160KW。氧气增压机选用一台罗茨氧
气增压风机，理论流量31.09m3/min，
电机功率37KW。章鼓和TAIKO成立过
合资厂，其早期的产品一直有TAIKO的
标志，目前虽然合资到期，其产品不
再打TAIKO的名称，但我们选用的设
备其轴承还是进口耐磨轴承，使用情
况一直很好。鼓风机和真空泵为VPSA
变压吸附制氧装置提供所需的压缩空
气和解吸所需的真空度和抽速，其流
量、压力等要求根据VPSA变压吸附制
ps1氧装置的消耗而定。该鼓风机和真空
泵由山东章丘鼓风机厂引进日本大株
式会社专有技术进行消化吸收的基础
上自行设计制造，其性能完全达到原
装进口鼓风机的性能，主要部件实现
国产化，备品备件完全国内提供，维
护费用低，压缩腔主要由彼此不接触
的一对双叶“∞”字型转子构成，无
润滑油污染。
4.2 切换蝶阀
寒冬料峭变压吸附制氧设备整套程序运行的可靠性很大程度上取决于切换蝶
阀的可靠性，首先要有足够的运行寿命，其次要有很短的启闭时间和很高
的密封性，ELEGANT所用VPSA变压吸
附制氧设备专用切换蝶阀为美国进口NELES，该阀门是厂家专门为我公司变
压吸附流程设计！NELES为世界著名蝶阀品牌，保证用户300万次以上的使用
寿命（3年以上的使用寿命）。通过我
们对该阀门十余年的使用经验，充分
肯定了该阀门的性能。
其特点：(1)双偏心结构，使阀
瓣和阀座仅在阀门完全关闭时才接触，磨损低、寿命高、密封力矩小、
操作灵活。(2)当气流作用于阀瓣和
阀座时，自动产生一密封力，这就意
论文要求味着在一定压力范围内，气流压力越高，密封性能越佳，即独特的自密封
机构。
4.3 吸附器
采用两台立式轴向双层结构形式
吸附器，床层高度1500mm，吸附器采
用德国拜耳独特的气体分布结构，保
证了床层气流分布的均匀性。每个吸
附床由两层分子筛材料和经过隔离网
分开的被动压紧层组成。在吸附塔的
底部有一套支撑装置固定吸附床的位置。空气在经过鼓风机组件后进入到
吸附塔的底部。空气首先需要通过预
处理分子筛，在那里可以除去水气和
二氧化碳。水分和二氧化碳等污染物
的通过将对主分子筛造成不可恢复的
损害。吸附器装填的是制氧专用吸附剂，选用德国拜耳研发，江苏奥石科imdvd
技生产的高效VPSA制氧专用分子筛，
其氧氮分离系数超过6，性能达到世界
水平。
4.4 氧气缓冲罐
氧气缓冲罐两台，每台容积20m3，用于产品缓冲。
4.5 仪表空气系统
仪表空气压缩机选用两台阿特拉
斯螺杆空压机，吸入气量 4.5m3/h，压
力0.8MPa，电机功率30KW，吸干机为无
热干燥机组，干燥气露点为-40°C。
4.6 仪表控制系统
仪表控制系统无人化管理要求
设计和仪表配置。采用PLC逻辑程序
和上位机联合控制，具有通讯和远程
控制功能。用一条电话线，通过一对
一拨号连接方式，可进行远程操作控
制、程序修改。从而可以用户的用气
特点，在较长时间内逐步调整控制程
序，使之最优化。
4.7 P L C系统主机采用德国
SIEMENS公司产品
4.8 就地仪表：变送器选用日本
横河。在线氧分仪选用上海昶哎。
4.9 辅助设备
4.8.1 软化水系统
真空泵要求20m3/h软化水作为密
封水，密封水是以自吸的方式进入泵
口，软化水系统由用户自建，选用了
一套全自动软化水装置，给水指标达青岛滨海职业学院
到了低压锅炉用软化水等级。我国湿
式真空泵叶轮间间隙比较大，对密封
水水质要求不高，总硬度≤560mg/l可
满足要求，许多地方采用自来水做密
封水，经长期运行考核，未发现结构
现象。
4.8.2 循环冷却水系统
1000m3/h制氧站地势较高，因距
离较远，用户决定在制氧站单独建立
一套循环冷却水系统，并配置了一台
100t/h冷却塔，循环水冷却系统由用
户承建。
4.9 厂房
1000m3/hVPSA制氧设备的厂房
是新建制氧厂房。由于地处拉萨，机
器和容器设备均室内布置。主厂房面
积为20×15m2，双层结构，厂房净高
8m。主厂房内部经消音处理，厂房处
噪音≤65dB。
5、性能测试
因调试过程较为顺利，用户对该
套制氧设备性能指标有了一定认识和
了解。以一个月连续运行记录数据的
平均值作为装置性能指标考核依据。
2014年7月中旬该工程项目通过
验收，测试结果如下：氧气平均产
量:1100m3/h
氧气平均纯度：91.5%
24小时制氧站平均耗电：
12000KWH
上述点好指标以制氧站配电系统
进线柜上电度表的读数为依据。包括
制氧设备、制氧机辅助设备和公用工
［1］万志国、刘磊. 浅谈大型变压
吸附制氧机的吸附器设计。《深冷技术》2012年 第7期。
［2］顾飞龙.变压吸附空气分离技术的开发与应用.化工装备技术.1999.47-51
参考文献
程耗电。
6、出现的问题及改进
工程项目的建设地属高海拔地区，由于鼓风机压比限制，鼓风机出口温度较高。换热器设计较小，在实际调试过程中调整了周期，正压有所下降，进塔温度才有所降低。工程设计中，强调了冬季运行的安全性，忽略了夏季运行气温高给设备运行带来的危害性，故鼓风机吸风口放置在室内。为防止噪音扩散，主厂房基本为全密闭结构，自然通气不良，设置的通风设备能力不足，导致厂房内温度比环境温度高约13℃，环境温度28℃时，鼓风机排气温度高达75℃。吸附温度高，吸附剂吸附性能下降，导致氧气产量或氧气纯度下降。针对出现
的问题，增加机械通风设备，同时，改进操作程序和操作工况，取得了良
好的效果。
7、总结与展望
7.1
VPSAO-1000-2B 型VPSA
高原制氧设备是昆山锦沪机械采用高效专用VPSA 制氧分子筛的高海拔（3700m ）中型规模制氧设备。它的成功，为昆山锦沪发展大、中型VPSA
制氧设备奠定了良好的基础。
7.2 VPSAO-1000-2B 型VPSA 高原制氧设备整体技术性能指标，已达到和接近国际同类产品先进水平，成套机组装备水平与国外产品存在一定差距。
7.3.1 LiX 型分子筛的应用呈上升趋势。新型更高效的制氧专用分子筛
还处在试验研究阶段，短时间内难以取代LiX 型分子筛。
7.3.2
简化流程、降低能耗、降
低投资、扩大产氧规模。
7.3.3
制氧工艺流程和操作工艺
变化不大，重点优化操作工艺参数，简化和降低配套机组要求。例如：单级真空泵取代双级真空泵；干式真空泵取代湿式真空泵；鼓风机、真空泵公用一台电机组、鼓风机和真空泵风冷、模块化设计、预拼装、取消鼓风机出口的换热器等。
7.3.4
工艺参数控制和负荷随机
调节进一步完善和提高。
7.4
昆山锦沪机械VPSA 制氧技
术的发展，受我国机电产品总体水平的制约。以鼓风机、真空泵为例，目前的产品品种单一，单机能
力小，机械效率和国外设备相比较有较大的差距，新技术采用进展缓慢。急需的压力脉动小，排气温度低的鼓风机，干式真空泵等设备，短期内难以装备
VPSA 制氧设备。
7.5 面对现有技术水平现状，只有加大研发投入，不走跟随技术发展的老路，超前予研新一代制氧工艺。
近期应充分发挥自身优势，回避短期内难以解决的技术弱势，研制新的工艺，使其制氧电耗，投资费用接近两床制氧工艺。
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